Chemia
Kiedy dioda LED po raz pierwszy stała się dostępna na rynku, ponad 40 lat temu, nikt tak naprawdę nie zwracał uwagi na to, jak została wykonana lub z czego składała się chemicznie. Wynikało to po części z faktu, że dostępnych było tylko kilka podstawowych typów i kolorów (takich jak GaP – czerwony i zielony oraz GaAsP – żółty). Dzisiaj, w celu uzyskania nowych kolorów lub długości fal oraz poprawy wydajności i niezawodności, powstaje wiele nowych rodzajów struktur chemicznych. Z tego powodu diody LED nie są już określane ściśle przez ich kolor, ale także przez ich nazwę chemiczną, taką jak InGaAlP lub GaAlAs. Jeśli użytkownik nie jest zaznajomiony z technologią LED lub nie ma dyplomu z chemii i materiałów, ta mieszanka liter może być bardzo myląca. Poniższe informacje mają na celu złagodzenie niektórych z tych nieporozumień.
Gal
Pierwszym i podstawowym elementem stosowanym w produkcji prawie wszystkich półprzewodnikowych urządzeń LED jest gal. Gal jest materiałem metalicznym, który występuje jako pierwiastek śladowy w węglu, boksycie i innych minerałach. Symbolem galu jest "Ga" – (liczba atomowa 31). W połączeniu z arsenem "As" (liczba atomowa 33), wysoce trującym szarym pierwiastkiem metalicznym, w temperaturze około 4000 stopni Fahrenheita powstaje związek arsenku galu "GaAs". Ten ciemnoszary krystaliczny związek jest podstawą oryginalnych półprzewodnikowych diod LED wyprodukowanych prawie 40 lat temu. Kiedy prąd / energia jest przyłożona do tego materiału, emitowane są fotony lub cząstki światła. GaAs sam emituje światło w zakresie podczerwieni, które nie jest widoczne dla ludzkiego oka, jednak w przypadku wprowadzenia innego pierwiastka, fosforu (wysoce reaktywny biały lub żółty, niemetaliczny pierwiastek, występujący naturalnie w fosforanach, o liczbie atomowej 15 i symbolu "P"), powstaje mieszany kryształ fosforku aresenku galu "GaAsP". W zależności od proporcjonalnej ilości fosforu uzyskuje się światło w zakresie widzialnym od czerwonego do żółtego.
Oprócz Opisanego powyżej GaAsP opracowano kombinację materiałową posphide galu "GaP". Odpowiednio domieszkując ten związek krystaliczny, można uzyskać różne kolory. Na przykład, dodając cynk-tlen do GaP, uzyskuje się kolor czerwony. Dodając azot, uzyskuje się zielone światło. Ważne jest, aby pamiętać, że w prawie wszystkich półprzewodnikowych materiałach matryc LED dodane pierwiastki, takie jak, azot, beryl itp., Zwykle nie są określone w ogólnym akronimie struktury materiału. Wszystkie wyżej wymienione materiały, choć opracowane wiele lat temu, są nadal szeroko dostępne i używane. (Tabela 1)
Glin
Pod koniec 1970 roku odkryto, że dodając aluminium "Al" (liczba atomowa 13 i najobficiej występujący metaliczny pierwiastek w skorupie ziemskiej) do związku GaAs, czerwony kolor może być wytwarzany z jasnością i wydajnością znacznie zwiększoną w stosunku do istniejącego produktu. W ten sposób powstał arsenek glinu galu "GaAlAs". Chociaż połączenie galu, aluminium i arsenu istnieje od około 30 lat, rzeczywisty format konfiguracji elementarnej jest różny. Niektórzy producenci przedstawiają związek jako AlGaAs, podczas gdy inni nazywają go GaAlAs. Początkowo wielu uważało, że materiał oznaczony jako pierwszy został znaleziony w większych ilościach niż kolejne elementy. Jeśli GaAlAs był oznaczeniem, to Ga (gal) był głównym pierwiastkiem w związku. Al (aluminium) byłby drugi, a As (arsenek) byłby trzeci. Spowodowało to, że wielu użytkowników uwierzyło, że jeśli kolejność pierwiastków była inna, każdy ze związków był znacząco inny. Jest to błędne założenie. Kolejność umieszczania każdego pierwiastka w związku nie jest zgodna ze standardowymi sekwencjami chemicznymi ani nie jest do tego wymagana, ponieważ dokładna struktura chemiczna nie jest określona. GaAlAs są tylko "pierwotnymi" pierwiastkami używanymi w związku. Wszystkie inne dodatkowe pierwiastki lub domieszki, takie jak lub azot i ich dokładny skład nie są wymienione. Zasadniczo jedyną różnicą między GaAlAs i AlGaAs jest sposób pisania akronimu.
Ostatnio ten misz-masz liter i rodzajów materiałów został jeszcze bardziej skomplikowany przez wprowadzenie wielu nowych związków, takich jak fosforek indu galu glinowego "InGaAlP". Po dodaniu indu In (miękkiego ciągliwego srebrzystobiałego związku metalicznego występującego głównie w rudach i cyny o liczbie atomowej 49) stwierdzono, że nie tylko poprawi się jasność i wydajność diod LED, ale rzeczywista żywotność zostanie znacznie zwiększona w stosunku do obecnych materiałów, takich jak GaAlAs. Ponadto, przy odpowiednim dopingu, można wytwarzać szeroką gamę kolorów i długości fal. Podobnie jak arsenek glinu galu, akronim fosforku glinowo-indowego galu można wyrazić na wiele sposobów. Dwa najczęstsze to InGaAlP i AlInGaP. Obie formy są chemicznie tym samym materiałem.
Elementy grupy III i grupy V
Elementy takie jak (Al, Ga i In) nazywane są elementami grupy "III", podczas gdy (P, As i N) są elementami grupy "V". Produkt półprzewodnikowy emitujący światło jest zwykle określany jako materiał "III-V" pochodzący z układu okresowego. Inne związki, takie jak węglik krzemu "SiC", który łączy krzem (pierwiastek niemetaliczny występujący w znacznym stopniu w skorupie ziemskiej w krzemionce i stosowany do produkcji szkła, urządzeń półprzewodnikowych, ceramiki itp. o liczbie atomowej 14) i węgiel (naturalnie obfity pierwiastek niemetaliczny występujący we wszystkich organizmach organicznych lub żywych o liczbie atomowej 6) oraz azotek galu "GaN" są wykorzystywane do produkcji niebieskich i zielonych diod LED. Akronim tych związków jest ogólnie spójny w całej branży, chociaż można go transponować w dowolnym momencie. Po ustaleniu związku chemicznego akronim opisujący tę substancję może być bardzo subiektywny w stosunku do kaprysów producenta lub twórcy. Ważne jest, aby pamiętać, że jeden związek nie powinien być błędnie interpretowany jako lepszy lub gorszy od innego związku o tym samym składzie chemicznym, ale innej kolejności chemicznej.
